關(guān)于貴州省煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的沖量過程穩(wěn)定性分析

鄧小宇 聶俊麗

1.貴州財經(jīng)大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，貴州 貴陽 550004

2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽 550025

關(guān)于貴州省煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的沖量過程穩(wěn)定性分析

鄧小宇1聶俊麗2

1.貴州財經(jīng)大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，貴州 貴陽 550004

2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽 550025

近年來，貴州省煤炭需求量日益擴大，煤炭年產(chǎn)量增加，導(dǎo)致煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)各影響因素不斷變化。本文構(gòu)建了貴州省煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的沖量過程模型，分析其系統(tǒng)沖量過程的穩(wěn)定性。

煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)；沖量過程；穩(wěn)定性；產(chǎn)量；安全生產(chǎn)

引言

貴州是我國南方的煤炭資源富集省，有“西南煤海”之稱。煤炭資源開采除滿足省內(nèi)需求外，還將大量的煤炭資源輸入周邊省份。從二十世紀(jì)七十年代中期起，貴州每年都有近400萬t煤炭以“統(tǒng)配煤”的形式遠(yuǎn)銷到兩廣、兩湖及浙、贛、閩、蘇、滬一帶，初步奠定了“北煤南運”與“西煤東運”并存的格局。“西電東送”戰(zhàn)略的實施，為貴州經(jīng)濟(jì)迎來了千載難逢的發(fā)展機遇。貴州省處于西南與華南的結(jié)合部，其電力送往廣東具有資源、區(qū)位和價位優(yōu)勢。按照貴州省政府與廣東省政府簽訂的協(xié)議，“黔電送粵”從2002年的100萬kW提高到2007年的550萬kW，2010年送電負(fù)荷達(dá)到800萬kW以上。隨著貴陽～廣州高速公路和快速鐵路的建設(shè)投運，我省與廣東乃至華南的聯(lián)系將更加緊密，貴州煤炭資源的戰(zhàn)略地位也將更加突出。

近年來的“西電東送”能源戰(zhàn)略的實施以及2012年國發(fā)2號文件《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步促進(jìn)貴州經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展的若干意見》的發(fā)布，煤炭產(chǎn)量逐年增加的趨勢較為明顯。煤炭產(chǎn)量的增加對能源市場和煤礦安全生產(chǎn)帶來了什么樣的影響？煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)是否穩(wěn)定等問題都是非常值得關(guān)注和研究的。煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的影響因素極為復(fù)雜，本文主要從外部的市場經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和煤炭開采系統(tǒng)兩個方面來確定煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的影響因素，構(gòu)建煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)，從而進(jìn)行煤炭產(chǎn)量的增加對能源市場和煤礦安全生產(chǎn)的影響以及煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的研究。

1 煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)模型的建立

煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，確定研究的對象和原因（即系統(tǒng)的邊界）及各因素間的相互關(guān)系是非常關(guān)鍵的，系統(tǒng)建模過程中，合理的簡化是必不可少的。在此，煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)僅考慮煤炭產(chǎn)量、煤炭價格、市場需求、煤礦資金投入（安全投入）、煤礦安全設(shè)施、煤層開采條件、工作面單產(chǎn)能力、煤礦機械化程度8個因素。由于各因素間的影響較為復(fù)雜，因此，各因素間的相互影響主要根據(jù)客觀規(guī)律作出決定，同時，根據(jù)貴州省實際情況進(jìn)行局部的調(diào)整。煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的每個因素用圖的一個頂點表示，因素間的直接影響用帶有方向的箭頭表示，在箭頭旁分別用“+”號和“-”號來表示影響因素是促進(jìn)的（正面的）,還是促退的（負(fù)面的），形成煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的帶符號的有向圖，如圖1所示。

圖1 煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)帶符號的有向圖

圖1的關(guān)系矩陣A為：

2 煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)沖量過程穩(wěn)定性分析

顯然，圖1是雙向連通的改進(jìn)的玫瑰形圖。用ak記長度為k的閉路的符號和（當(dāng)沒有長度為k的閉路時令ak=0），設(shè)r是使ar≠0的最大整數(shù)，r＞0時，系統(tǒng)沖量過程穩(wěn)定的條件是：

定理1：系統(tǒng)沖量過程沖量穩(wěn)定的必要條件是

ar=±1 （1）

ak=-arar-k,k=1,2,…r-1 （2）

定理2：若系統(tǒng)沖量過程沖量穩(wěn)定，則系統(tǒng)沖量過程值穩(wěn)定的充要條件是

由圖1，a1=1，a2=1，a3=1，a4=0，a5=1，滿足（1）式；a2=-a5a3a3=-a5a2-不成立，不滿足（2）式。因此，為了滿足系統(tǒng)沖量過程沖量穩(wěn)定的必要條件，必須調(diào)整。

3 煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)沖量過程模型調(diào)整

3.1 調(diào)整煤炭產(chǎn)量與煤炭價格的關(guān)系

根據(jù)上面的分析，煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)模型不滿足（2）式，于是改變圖1中v1v2的符號由-1改為+1，此次改動的意義是將原來的“煤炭產(chǎn)量的增加引起煤炭價格下降”調(diào)整為“煤炭產(chǎn)量的增加引起煤炭價格上升”。這看似違背了經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)原理，但在貴州省煤炭生產(chǎn)在西電東送大背景下，煤炭市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，煤炭產(chǎn)量逐年增加，煤炭價格也是不斷增長。根據(jù)近幾年的貴州煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)狀，由于貴州省煤層賦存條件復(fù)雜，開采設(shè)備、安全設(shè)施較為落后，安全生產(chǎn)事故頻發(fā)，貴州省相關(guān)監(jiān)管單位出臺了一系列針對我省多數(shù)煤礦為高瓦斯、突出礦井的開采、瓦斯防治等政策、措施，同時對小煤礦進(jìn)行整合并關(guān)閉不具備安全生產(chǎn)條件的小煤礦。可以說，我省煤礦的自身條件、政策一定程度上限制了煤礦開采量。因此，“煤炭產(chǎn)量增加同時煤炭價格上升”在一定時間內(nèi)是可以接受的，由于國家政策和“西電東送”等能源戰(zhàn)略對我省煤炭市場的強烈刺激下，我省煤炭在達(dá)到一個新的供需平衡前，這種情況可能仍將持續(xù)一定時間，也是符合經(jīng)濟(jì)學(xué)的相關(guān)理論的。同時，這種價格政策變化是在人力可控的范圍內(nèi)。

3.2 調(diào)整煤炭產(chǎn)量與煤礦資金投入（安全投入）的關(guān)系

將v1v4由+1改為-1，即將“煤炭產(chǎn)量增加引起煤礦資金投入（安全投入）增加”調(diào)整為“煤炭產(chǎn)量增加引起煤礦資金投入（安全投入）減少”。安全生產(chǎn)是煤礦建設(shè)的命脈，建立、健全礦井安全保證體系，完善安全崗位責(zé)任制，是礦井建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。煤礦建井初期，煤礦安全專用工程設(shè)施勞動人員配備根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力、工作制度、管理系統(tǒng)組織形式、煤層賦存條件、開拓方式、采煤方法、工藝系統(tǒng)、機械化程度等等因素具體配備。每年按安全規(guī)程、操作規(guī)程、行業(yè)規(guī)程等要求制訂培訓(xùn)計劃，對煤礦職工，特別是特殊工種人員必須通過主管部門進(jìn)行培訓(xùn)，并經(jīng)考試合格后，持證上崗。 煤炭生產(chǎn)率提高，煤炭產(chǎn)量增加，煤礦企業(yè)勢必有更多資金投入到煤礦安全生產(chǎn)中。然而除煤礦初期投入較大外，隨著煤礦開采技術(shù)及安全技術(shù)措施的更新，煤礦后期資金投入（安全投入）將保持在合理的位置上，換句話說，煤礦安全投入將可能減少這是完全有可能的。

需要強調(diào)的是，在煤礦生產(chǎn)過程中，安全與生產(chǎn)既有矛盾性，又有統(tǒng)一性。安全與生產(chǎn)的矛盾，首先是生產(chǎn)過程中的人的不安全、物的不安全狀態(tài)與生產(chǎn)順利進(jìn)行的矛盾；其次是安全工作與生產(chǎn)工作的矛盾，表現(xiàn)為采取安全措施時會影響生產(chǎn)，增加成本。從長遠(yuǎn)看，這些矛盾只是暫時的，矛盾一解決，很快就會促進(jìn)生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率。這種矛盾是表面的、淺層次的矛盾，實際上，安全與生產(chǎn)是統(tǒng)一的。嚴(yán)格執(zhí)行安全規(guī)定，看似降低勞動生產(chǎn)率，但從深層次看，一旦發(fā)生事故，將會損失更多工時，將會造成生命和財產(chǎn)損失。另一方面，生產(chǎn)的發(fā)展，為安全創(chuàng)造必要物質(zhì)條件。所以安全與生產(chǎn)互為條件，相互依存。沒有生產(chǎn)活動，安全問題就不可能存在；沒有安全條件，生產(chǎn)也不能順利進(jìn)行。安全促進(jìn)生產(chǎn)，生產(chǎn)必須安全。

從經(jīng)濟(jì)規(guī)律來講，安全投入和煤礦銷售收入均是要以最少的投入獲取最多的產(chǎn)出。因此，煤礦應(yīng)有合理的安全投入保證勞動的正常進(jìn)行，增加煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)出；避免或減少事故的發(fā)生，減少事故帶來損失。煤礦安全設(shè)施的實施，受煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)有開采技術(shù)的制約。安全投入出自煤礦收入的一部分，如何處理好兩者的關(guān)系至關(guān)重要。煤礦生產(chǎn)必須在安全的條件下進(jìn)行，煤礦銷售收入就必須優(yōu)先考慮有關(guān)安全的問題，要把生產(chǎn)過程置于安全經(jīng)濟(jì)規(guī)律的約束之下，使其符合安全要求；同時，煤礦安全設(shè)施受經(jīng)濟(jì)的制約，經(jīng)濟(jì)（生產(chǎn)）不發(fā)展，就沒有足夠的安全投入，也就不會有足夠煤礦安全設(shè)施。經(jīng)濟(jì)（生產(chǎn)）的發(fā)展，才有安全投入的基礎(chǔ)，兩者相輔相成。隨著煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新，煤礦從業(yè)人員積累了較多關(guān)于解決瓦斯災(zāi)害、水害等治理經(jīng)驗，安全投入從某種程度來說，將會保持在一個合理的位置，而不會完全隨著煤炭產(chǎn)量的增加而增加。

4 結(jié)語

對調(diào)整后的煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)沖量過程模型檢驗a1=0，a2=-1，a3=-1，a4=0，a5=-1滿足（1）、（2）式；

式。此時，煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)沖量過程沖量穩(wěn)定、值穩(wěn)定。

綜上，在2012年國發(fā)2號文件《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步促進(jìn)貴州經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展的若干意見》和“西電東送”能源戰(zhàn)略的背景下，上述沖量過程模型在較長一段時間內(nèi)是穩(wěn)定的。煤炭作為重要的一次性能源，在遵循市場經(jīng)濟(jì)的前提下，相關(guān)管理職能部門還必須進(jìn)行宏觀調(diào)控。煤炭產(chǎn)量增加保障了與日俱增的煤炭需求，但加深了煤礦生產(chǎn)與安全之間的博弈。因此，煤礦生產(chǎn)單位加強煤礦安全生產(chǎn)的意識和執(zhí)行力將至關(guān)重要，同時相關(guān)管理職能部門針對煤炭生產(chǎn)不同時期的政策措施是解決這一博弈的關(guān)鍵。

[1] 姜啟源，謝金星，葉俊.數(shù)學(xué)模型[M].高等教育出版社，2006：248-253.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程.[M].煤炭工業(yè)出版社，2011

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.15.003

貴州省科學(xué)技術(shù)基金項目：巖溶地區(qū)礦井突水預(yù)測信息系統(tǒng)——以桐梓煤礦為例（黔科合J字[2011]2036號）